linux内核中有多个watchdog，他们属于不同模块，可同时存在。

用户态watchdog

可以在用户态程序操作，设置超时时间喂狗时间。（只是通过内核提供的接口操作）

1、/dev/watchdog

此watchdog的基本工作原理是：当watchdog启动后(即/dev/watchdog 设备被打开后)，如果在某一设定的时间间隔内/dev/watchdog没有被执行写操作（喂狗操作）, 硬件watchdog电路或软件定时器就会重新启动系统。
/dev/watchdog 是一个主设备号为10，从设备号130的字符设备。 Linux内核不仅为各种不同类型的watchdog硬件电路提供了驱动，还提供了一个基于定时器的纯软件watchdog驱动。驱动源码位于内核源码树drivers/watchdog/目录下，软件watchdog对应与softdog.c。

硬件watchdog必须有硬件电路支持, 设备节点/dev/watchdog对应着真实的物理设备，不同类型的硬件watchdog设备由相应的硬件驱动管理。软件watchdog由一内核模块softdog.o 通过定时器机制实现，/dev/watchdog并不对应着真实的物理设备，只是为应用提供了一个与操作硬件watchdog相同的接口。

1、对用户态喂狗程序而言，硬件/软件watchdog是透明的；
2、cat /dev/watchdog可以打开dog进行测试，不喂狗的情况下，timeout后系统会自动重启
3、对于/dev/watchdog 来说有一个内核线程与之对应。[watchdogd]；满足一定条件时此线程会进行喂狗操作。（条件参考内核代码：watchdog_need_worker函数）

2、虚拟化场景下的/dev/watchdog

libvirt支持为kvm/qemu客户机创建watchdog，用于当客户机内部crash时，自动会触发相应的action。

libvirt支持模拟以下几种watchdog：

i6300esb - 推荐的watchdog，模拟为一种pci设备，openstack层面只支持这一种（nova拼写xml中写死）。
ib700 - 模拟为platform设备，xml中请勿分配pci设备号(不需要拼写

)。
diag288 - 模拟S390中的diag288设备，需要S390硬件支持。

action支持以下几种方式：

disabled：不使用watchdog设备
reset：强行重置虚拟机
poweroff：强行关闭虚拟机
pause：暂停虚拟机
none：只是启用watchdog，在虚拟机hang住时不执行任何操作

创建相应的虚拟机，qemu会为虚拟机虚拟出i6300esb硬件狗设备，虚拟机内部可以看到相应的设备。

在guest内操作/dev/watchdog和非虚拟化环境没有区别。
当watchdog动作触发后，libvirt还会触发event事件来告知上层应用（例如nova），进而可以将此事件反馈给用户。

Kernel watchdog

kernel watchdog是用来检测Lockup 的。所谓lockup，是指某段内核代码占着CPU不放。Lockup严重的情况下会导致整个系统失去响应。Lockup有几个特点：

首先只有内核代码才能引起lockup，因为用户代码是可以被抢占的，不可能形成lockup;
其次内核代码必须处于禁止内核抢占的状态(preemption disabled)，因为Linux是可抢占式的内核，只在某些特定的代码区才禁止抢占（例如spinlock），在这些代码区才有可能形成lockup。

Lockup分为两种：soft lockup 和 hard lockup，它们的区别是 hard lockup 发生在CPU屏蔽中断的情况下。而soft lockup则是单个CPU被一直占用的情况（中断仍然可以响应）

NMI知识：
NMI即非可屏蔽中断。即使设置了屏蔽所有中断的时候，NMI也是不可以被屏蔽的；
中断分为可屏蔽中断和非可屏蔽中断：
可屏蔽中断：包含时钟中断，外设中断（比如键盘中断，I/O设备中断，等等），关闭中断时此类中断会被屏蔽。
NMI：即便在关闭中断的情况下，也能被响应的中断。触发NMI的条件一般都是ECC error之类的硬件Error。但NMI也给我们提供了一种机制，在系统中断被误关闭的情况下，依然能通过中断处理程序来执行一些紧急操作，比如kernel panic。
具有不一样的优先级，依次是kernel线程 < 时钟中断 < NMI中断。其中，kernel 线程是可以被调度的，同时也是可以被中断随时打断的。

SoftLockup

//对应代码位置kernel/watchdog.c
检测机制：
SoftLockup 检测首先需要对每一个CPU core注册叫做watchdog的kernel线程。即[watchdog/0]，[watchdog/1]…。如果该线程在设定的期限内没有得到执行的话就意味着发生了soft lockup。

同时，系统会有一个高精度的计时器hrtimer（一般来源于APIC），该计时器能定期产生时钟中断，该中断对应的中断处理例程是kernel/watchdog.c: watchdog_timer_fn()，
此函数完成以下工作：

要递增计数器hrtimer_interrupts（一个内核per cpu变量），这个计数器同时为hard lockup detector用于判断CPU是否响应中断；（给hardlockup使用，暂时不涉及）
还要唤醒[watchdog/x]内核线程，该线程的任务是更新一个时间戳t1；
soft lock detector检查时间戳，如果超过soft lockup threshold一直未更新，说明[watchdog/x]未得到运行机会，意味着CPU长时间被霸占，也就是发生了soft lockup。

注意，内核线程[watchdog/x]的目的是更新时间戳，该时间戳是被watch的对象。而softlockup真正的看门狗（is_softlockup），则是由时钟中断触发的 watchdog_timer_fn()执行，[watchdog/x]是被scheduler调用执行的，而watchdog_timer_fn()则是被中断触发的。

Hardlockup

上面已经有了Softlockup，为什么还需要Hardlockup呢？我们知道softlockup依赖于时钟中断触发，那如果某个内核线程禁用了中断然后不释放cpu，Softlockup就失去了检测效果。

NMI watchdog会利用到之前讲到的hrtimer。它的触发条件是基于PMU(性能监视单元)的NMI perf event，当PMU的计数器溢出时会触发NMI中断，对应的中断处理例程是 kernel/watchdog.c: watchdog_overflow_callback()，hard lockup detector就在其中，它会检查上述hrtimer的中断（时钟中断）次数(hrtimer_interrupts)是否在保持递增，如果停滞则表明hrtimer中断未得到响应，也就是发生了hard lockup。

这里面，被watch的对象是hrtimer，而watchdog则是由PMU设备发起的NMI中断处理程序 watchdog_overflow_callback()

watchdog_overflow_callback是由函数perf_event_create_kernel_counter注册的一个硬件事件回调函数，这个硬件在x86里叫performance monitoring，此硬件有一个功能就是在cpu clock经过了多少个周期后发出一个NMI中断出来。
判断hardlockup的接口为is_hardlockup。

不同watchdog的区别与限制

1、硬件/dev/watchdog，可解决大部分问题，但依赖于硬件定时器支持。
2、软件/dev/watchdog，硬件不支持/dev/watchdog时可以使用软件dog。依赖于定时器中断实现，如果内核发生中断屏蔽异常，功能会失效。（依赖软件定时器，也会有一定性能影响？）
3、softlockup，检测内核死锁问题。内核单个cpu执行线程发生死锁时，可以检测到。（由于依赖htimer触发，所以前提是时钟中断正常）
4、hardlockup，检测发生硬件死锁异常。内核死锁且关闭了中断时触发。

其中3、4对性能有一定影响，是否开启，以及检测周期需要评估对性能影响。

容易混淆问题

1、[watchdogd]内核线程是和/dev/watchdog绑定的线程； [watchdog/x]是softlockup模块的任务线程。

[root@localhost ~]# ps aux|grep dog
root 15 0.0 0.0 0 0 ? S Sep28 0:01 [watchdog/0]
root 18 0.0 0.0 0 0 ? S Sep28 0:01 [watchdog/1]
root 24 0.0 0.0 0 0 ? S Sep28 0:01 [watchdog/2]
root 30 0.0 0.0 0 0 ? S Sep28 0:01 [watchdog/3]
root 55 0.0 0.0 0 0 ? S Sep28 0:00 [watchdogd]

2、/dev/watchdog*与//proc/sys/kernel/dog相关变量是没有关系的，后者是内核soft/hardlockup检测模块的控制接口。（不同接口对应关系可参考内核/kernel/watchdog.c代码）

参考资料：

https://qkxu.github.io/2019/04/15/linux%E4%B8%8B%E7%9A%84watchdog.html
qemu intel i6300esb watchdog虚拟外设分析
https://blog.csdn.net/vic_qxz/article/details/120888410

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